本發(fā)明涉及一種直流不間斷電源，具體地說，涉及一種基于電池和超級電容的直流不間斷電源，屬于電子技術(shù)領(lǐng)域源。

背景技術(shù)：

隨著科學技術(shù)的不斷進步，電氣工程與自動化技術(shù)正以令人矚目的發(fā)展速度，改變著我國工業(yè)的整體面貌，其中，精密電子儀器和設(shè)備對電源質(zhì)量的要求也越來越高。在各種供電方式中，不間斷電源除了可以提供高質(zhì)量電源外，還可以保證電源不會間斷，所以不間斷電源現(xiàn)已成為供給高質(zhì)量電源的一種最優(yōu)方案。

傳統(tǒng)的備用電源需要一定的切換時間才可以為負載供電，不能應(yīng)用于對電源質(zhì)量要求苛刻的場合。

因此，如何發(fā)展一種可改進上述現(xiàn)有缺陷的基于電池和超級電容的直流不間斷電源，實為相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員目前所迫切需要解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種基于電池和超級電容的直流不間斷電源，可適用于對電源要求苛刻的場合，并能適應(yīng)不同輸入電壓。

解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種基于電池和超級電容的直流不間斷電源，其特征在于：它包括整流電路、DC/DC穩(wěn)壓單元、電池充放電電路、超級電容充放電電路和穩(wěn)壓電容C₁、C₂，所述整流電路、DC/DC穩(wěn)壓單元、電池充放電電路、超級電容充放電電路和穩(wěn)壓電容C₁、C₂連接。

本發(fā)明中，所述整流電路為由二極管D₁、二極管D₂、二極管D₃和二極管D₄組成的全橋整流電路，所述二極管D₁的陰極與二極管D₂的陽極連接且為整流電路的第一交流電流輸入端AC₁，所述二極管D₃的陽極與二極管D₄的陰極連接且為整流電路的第二交流輸入端AC₂，所述二極管D₂的陰極與二極管D₃的陰極連接且為整流電路的正極直流電壓輸出端V₁+，所述二極管D₁的陽極與二極管D₄的陽極連接且為整流電路的負極直流電壓輸出端V₁-。

本發(fā)明中，所述穩(wěn)壓電容C₁一端與整流電路的正極直流電壓輸出端V₁+連接，所述穩(wěn)壓電容C₁另一端與整流電路的負極直流電壓輸出端V₁-連接，所述穩(wěn)壓電容C₂一端與正極直流電壓輸出端V₂+連接，所述穩(wěn)壓電容C₂另一端與負極直流電壓輸出端V₂-連接。

本發(fā)明中，所述DC/DC穩(wěn)壓單元一端口與整流電路的正極直流電壓輸出端V₁+、整流電路的負極直流電壓輸出端V₁-連接，所述DC/DC穩(wěn)壓電路另一端口與正極直流電壓輸出端V₂+、整流電路的負極直流電壓輸出端V₂-連接。

本發(fā)明中，所述電池充放電路包括負載電阻R、開關(guān)K和超級電容C_S，所述負載電阻R與開關(guān)K并聯(lián)后的一端與正極直流電壓輸出端V₂+連接，所述負載電阻R與開關(guān)K并聯(lián)后的另一端通過超級電容C_S與負極直流電壓輸出端V₂-連接。

本發(fā)明中，所述超級電容充放電路包括增強型NMOS管Q₁、增強型NMOS管Q₂、二極管D₅、二極管D₆、電感L和電池Battery，所述增強型NMOS管Q₁與二極管D₅反向并聯(lián)，所述增強型NMOS管Q₂與二極管D₆反向并聯(lián)，所述增強型NMOS管Q₁的源極與二極管D₅的陽極連接，所述增強型NMOS管Q₁的漏極與二極管D₅的陰極連接且為正極直流電壓輸出端V₂+，所述增強型NMOS管Q₂的源極與二極管D₆的陽極連接且為正極直流電壓輸出端V₂-，所述增強型NMOS管Q₂的漏極與二極管D₆的陰極連接且與增強型NMOS管Q₁的源極連接，所述電感L一端與增強型NMOS管Q₁的源極連接，所述電感L另一端與電池Battery正極連接，所述電池Battery的負極與增強型NMOS管Q₂的源極連接。

本發(fā)明的基于電池和超級電容的直流不間斷電源，由于采用整流電路、DC/DC穩(wěn)壓單元、電池充放電電路、超級電容充放電電路和穩(wěn)壓電容C₁、C₂，整流電路、DC/DC穩(wěn)壓單元、電池充放電電路、超級電容充放電電路和穩(wěn)壓電容C₁、C₂連接的結(jié)構(gòu)，具有的優(yōu)點是：體積較小、零件數(shù)目較少、電路復(fù)雜度較低以及制造成本較低、電路使用率較高。此外，該直流電源采用了超級電容和備用電源相結(jié)合的方法，當交流輸入正常時，電池和超級電容進行充電；當交流輸入異常時，在電池放電的切換時間內(nèi)由超級電容進行放電，從而保證了備用電源的無縫切換，適用于對電源要求苛刻的場合，并能適應(yīng)不同輸入電壓，另外在工控領(lǐng)域，可以以極低的成本保證設(shè)備斷電后的正常運作，避免宕機等一系列隱患。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于電池和超級電容的直流不間斷電源的電路框圖；

圖2是本發(fā)明基于電池和超級電容的直流不間斷電源的電路原理圖；

圖3是本發(fā)明基于電池和超級電容的直流不間斷電源的運行流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，本發(fā)明的基于電池和超級電容的直流不間斷電源，包括整流電路、DC/DC穩(wěn)壓單元、電池充放電電路、超級電容充放電電路和穩(wěn)壓電容C₁、C₂，所述整流電路、DC/DC穩(wěn)壓單元、電池充放電電路、超級電容充放電電路和穩(wěn)壓電容C₁、C₂連接。穩(wěn)壓電容C₁為圖1中穩(wěn)壓電容1，穩(wěn)壓電容C₂為圖1中穩(wěn)壓電容2。

如圖2所示，本發(fā)明的基于電池和超級電容的直流不間斷電源的整流電路為由二極管D₁、二極管D₂、二極管D₃和二極管D₄組成的全橋整流電路，所述二極管D₁的陰極與二極管D₂的陽極連接且為整流電路的第一交流電流輸入端AC₁，所述二極管D₃的陽極與二極管D₄的陰極連接且為整流電路的第二交流輸入端AC₂，所述二極管D₂的陰極與二極管D₃的陰極連接且為整流電路的正極直流電壓輸出端V₁+，所述二極管D₁的陽極與二極管D₄的陽極連接且為整流電路的負極直流電壓輸出端V₁-。所述穩(wěn)壓電容C₁一端與整流電路的正極直流電壓輸出端V₁+連接，所述穩(wěn)壓電容C₁另一端與整流電路的負極直流電壓輸出端V₁-連接，所述穩(wěn)壓電容C₂一端與正極直流電壓輸出端V₂+連接，所述穩(wěn)壓電容C₂另一端與負極直流電壓輸出端V₂-連接。所述DC/DC穩(wěn)壓單元一端口與整流電路的正極直流電壓輸出端V₁+、整流電路的負極直流電壓輸出端V₁-連接，所述DC/DC穩(wěn)壓電路另一端口與正極直流電壓輸出端V₂+、負極直流電壓輸出端V₂-連接。所述電池充放電路包括負載電阻R、開關(guān)K和超級電容C_S，所述負載電阻R與開關(guān)K并聯(lián)后的一端與正極直流電壓輸出端V₂+連接，所述負載電阻R與開關(guān)K并聯(lián)后的另一端通過超級電容C_S與負極直流電壓輸出端V₂-連接。所述超級電容充放電路包括增強型NMOS管Q₁、增強型NMOS管Q₂、二極管D₅、二極管D₆、電感L和電池Battery，所述增強型NMOS管Q₁與二極管D₅反向并聯(lián)，所述增強型NMOS管Q₂與二極管D₆反向并聯(lián)，所述增強型NMOS管Q₁的源極與二極管D₅的陽極連接，所述增強型NMOS管Q₁的漏極與二極管D₅的陰極連接且為正極直流電壓輸出端V₂+，所述增強型NMOS管Q₂的源極與二極管D₆的陽極連接且為正極直流電壓輸出端V₂-，所述增強型NMOS管Q₂的漏極與二極管D₆的陰極連接且與增強型NMOS管Q₁的源極連接，所述電感L一端與增強型NMOS管Q₁的源極連接，所述電感L另一端與電池Battery正極連接，所述電池Battery的負極與增強型NMOS管Q₂的源極連接。

如圖3所示，通過條件1(U₁<U_1lim)判斷交流輸入是否正常，當滿足條件1即交流輸入異常時，超級電容C_S和電池Battery分別經(jīng)放電電路進行放電以提供穩(wěn)定的直流輸出；當不滿足條件1即交流輸入正常時，交流電流通過整流變換為直流電流，再經(jīng)過穩(wěn)壓提供穩(wěn)定的直流輸出；同時，開關(guān)K斷開，超級電容充電電路對超級電容進行充電，通過條件2(i₁<i_1lim)判斷超級電容C_S是否充滿，當滿足條件2即超級電容C_S充滿時，開關(guān)K閉合；當不滿足條件2即超級電容C_S未充滿時超級電容C_S繼續(xù)充電；電池充電電路對電池進行充電，通過條件3判斷電池Battery是否充滿，當滿足條件3即電池Battery充滿時，電池結(jié)束充電過程；當不滿足條件3即電池Battery未充滿時電池Battery繼續(xù)充電；

結(jié)合圖2和圖3，條件1交流輸入是否正常的判定為整流后的直流電壓U₁是否小于整流后的直流電壓最小值U_1min，當整流后的直流電壓U₁小于整流后的直流電壓最小值U_1min時，滿足條件1；當整流后的直流電壓U₁不小于整流后的直流電壓最小值U_1min時，不滿足條件1；條件2超級電容C_S是否充滿的判定為超級電容沖放電電路電流i₁是否小于超級電容沖放電電路電流最小值i_1min，當超級電容沖放電電路電流i₁小于超級電容沖放電電路電流最小值i_1min時，滿足條件2；當超級電容沖放電電路電流i₁不小于超級電容沖放電電路電流最小值i_1min時，不滿足條件2；

結(jié)合圖2和圖3，不滿足條件1即交流輸入異常時，超級電容充放電電路瞬間放電，根據(jù)超級電容放電時間(同為電池啟動時間)t₁，放電前電壓U_C1，放電后電壓U_C2，直流輸出電壓U₂，負載電流i₂，求出超級電容容量C_S。

超級電容放電前儲存的能量超級電容放電后儲存的能量超級電容在超級電容放電時間t₁內(nèi)釋放的能量W＝Uit₁，根據(jù)W＝W₁-W₂，得到最終可以得出超級電容的容量配置：

經(jīng)過超級電容放電時間t₁后，電池放電電路達到穩(wěn)定狀態(tài)，為負載供電。

以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動的簡單復(fù)制和改進均屬于本發(fā)明權(quán)利要求所保護的范圍。